CN111308220B - 一种电磁式电导率传感器的激励电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁式电导率传感器的激励电路，激励电路包括：依次连接的方波发生电路、分频电路、滤波电路和驱动电路，驱动电路连接电磁式电导率传感器的发送线圈；方波发生电路，用于产生所需正弦波的四倍频方波，并输出至分频电路；分频电路，用于对接收的四倍频方波进行分频，得到四路四分频方波，其中任意一路输出至滤波电路；滤波电路，用于对接收的一路四分频方波进行过滤，得到所需的正弦波并输出至驱动电路；驱动电路，用于根据接收的正弦波激励发送线圈。本发明通过方波和低通滤波的方式产生正弦交变电压，产生的正弦交变电压通过驱动电路激励发送线圈，有效降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电磁式电导率传感器技术领域，具体涉及一种电磁式电导率传感器的激励电路。
背景技术
电磁式电导率传感器，通过电磁感应原理，测量溶液的电导率。由于其测量范围较宽，且电极不易受到液体污染和腐蚀，通常在测量酸、碱、盐浓度等恶劣的介质环境中应用。
电磁式电导率传感器包含一个发送线圈和一个接收线圈，通常具体实现为环形线圈。将两个线圈插入待测介质中，待测介质穿过线圈中心孔，形成闭合的电流路径。发送线圈产生一个交变磁场，在待测介质中产生感应电流，感应电流又使接收线圈产生一个和待测介质电导率相关的感应电流，通过该电流计算出被测介质的电导率。
为使发送线圈产生一个交变磁场，需要激励电路在发送线圈上施加交变电压。现有传感器中大部分交变电压为正弦波，产生正弦波通常使用DDS芯片，但现有市场上DDS芯片功能强大的同时，成本高，体积大，并且强大的功能无法完全应用到现有设计中，造成了浪费。现有的半导体器件更新速度过快，在设计中过度依赖于集成度较高的DDS芯片，在该芯片停产后，重新寻找适合的芯片比较困难，有时相当于重新设计电路。也有直接使用单片机和D/A输出正弦波调制信号，但输出该信号占用大量的单片机资源，导致产品设计中需要更高速的单片机，从而增加了器件成本，也增加了布线难度。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种电磁式电导率传感器的激励电路，在产生正弦波的同时，有效降低成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述激励电路包括：依次连接的方波发生电路、分频电路、滤波电路和驱动电路，所述驱动电路连接电磁式电导率传感器的发送线圈；
所述方波发生电路，用于产生所需正弦波的四倍频方波，并输出至所述分频电路；
所述分频电路，用于对接收的四倍频方波进行分频，得到四路四分频方波，其中任意一路输出至所述滤波电路；
所述滤波电路，用于对接收的一路四分频方波进行过滤，得到所需的正弦波并输出至所述驱动电路；
所述驱动电路，用于根据接收的正弦波激励所述发送线圈。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述方波发生电路为单片机的定时器或PWM模块。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述滤波电路具体用于滤除接收的一路四分频方波中的高次谐波分量，得到仅剩直流分量和基波分量的正弦波。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述驱动电路包括：依次连接的数字电位器、驱动放大器和隔直电容，所述隔直电容连接所述发送线圈；
所述数字电位器，用于通过电阻分压的方式对接收的正弦波进行分压，通过所述单片机控制自身的分压比例，根据需要对接收的正弦波幅值进行调整；
所述驱动放大器，用于提高接收的正弦波的驱动能力；
所述隔直电容，用于滤除接收的正弦波中的直流分量，得到仅剩基波分量的正弦波激励所述发送线圈。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述分频电路由两个D触发器互联组成。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述四路四分频方波的相位分别为：0°、90°、180°和270°。
进一步，如上所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，所述滤波电路为低通滤波器。
本发明的有益效果在于：本发明通过方波和低通滤波的方式产生正弦交变电压，产生的正弦交变电压通过驱动电路激励发送线圈，有效降低成本。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种电磁式电导率传感器的激励电路的结构示意图；
图2为本发明实施例中提供的分频电路的电路原理图；
图3为本发明实施例中提供的滤波电路的电路原理图；
图4为本发明实施例中提供的滤波电路的输入输出图。
具体实施方式
下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。
一种电磁式电导率传感器的激励电路，激励电路包括：依次连接的方波发生电路、分频电路、滤波电路和驱动电路，驱动电路连接电磁式电导率传感器的发送线圈；
方波发生电路，用于产生所需正弦波的四倍频方波，并输出至分频电路；
方波发生电路为单片机的定时器或PWM模块。
分频电路，用于对接收的四倍频方波进行分频，得到四路四分频方波，其中任意一路输出至滤波电路；
分频电路由两个D触发器互联组成。
四路四分频方波的相位分别为：0°、90°、180°和270°。
滤波电路，用于对接收的一路四分频方波进行过滤，得到所需的正弦波并输出至驱动电路；
滤波电路具体用于滤除接收的一路四分频方波中的高次谐波分量，得到仅剩直流分量和基波分量的正弦波。
滤波电路为低通滤波器。
驱动电路，用于根据接收的正弦波激励发送线圈。
驱动电路包括：依次连接的数字电位器、驱动放大器和隔直电容，隔直电容连接发送线圈；
数字电位器，用于通过电阻分压的方式对接收的正弦波进行分压，通过单片机控制自身的分压比例，根据需要对接收的正弦波幅值进行调整；
驱动放大器，用于提高接收的正弦波的驱动能力；
隔直电容，用于滤除接收的正弦波中的直流分量，得到仅剩基波分量的正弦波激励发送线圈。
实施例一
如图1-4所示，一种电磁式电导率传感器的激励电路，用于在电磁式电导率传感器中对发送线圈提供正弦交变电压。激励电路包括：依次连接的方波发生电路1、分频电路2、滤波电路4和驱动电路。
方波发生电路1用于输出所需正弦波的四倍频方波。方波发生电路1为单片机的定时器或PWM模块。单片机通过IO口输出正弦波的四倍频方波。现有大部分单片机包含输出PWM功能，使得输出方波完全不占用单片机资源，且可以根据需要对频率进行微小调整而无需对硬件做任何改动，增加了设计的可扩展性。
分频电路2用于输出四路四分频方波。如图2所示，分频电路2由两个D触发器组成，两个D触发器互联输出四路对输入信号四分频的方波，相位分别为0°、90°、180°和270°，分别对应图2中的QPWM0、QPWM90、QPWM180和QPWM270，此四路方波用于输出到解调电路3，参与传感器采集信号的处理。其中任意一路信号用于后级滤波电路4的输入。
如图3所示，滤波电路4用于将分频电路2输出的任意一路方波QPWN0滤波后产生正弦信号SINE0。方波的傅里叶变换可表示为其直流分量、基波分量和高次谐波分量之和。经过滤波电路4后滤掉方波中的高次谐波分量，信号中仅剩直流分量和基波分量，输出到驱动电路。图4为滤波电路4的输入输出图，QPWN0为输入，SINE0为输出。滤波电路4可以为低通滤波器，具体可以是二阶低通滤波器。
驱动电路用于根据滤波电路4输出的正弦信号驱动发送线圈。驱动电路包括数字电位器5、驱动放大器6和隔直电容7。数字电位器5由单片机控制，通过电阻分压的方式对滤波电路4的输出信号即输出的正弦波进行分压，通过单片机控制数字电位器5的分压比例，根据需要对输出信号幅值进行调整。由于数字电位器5的输出能力较弱，故使其连接驱动放大器6，由驱动放大器6的输出驱动发送线圈。由于发送线圈8直流阻抗非常小，信号中的直流分量会损坏发送线圈，故在驱动放大器6和发送线圈8之间放置隔直电容7，用于滤除信号中的直流分量，信号中仅剩基波分量对发送线圈8进行激励。
本发明的有益效果有以下几点：
1、使用常见的器件进行设计，在其中某些器件停产时，能轻而易举找到其他可替代器件而不需要重新设计电路。
2、使用双D触发器产生的四路方波信号，既使用在激励电路部分，又使用在解调电路部分，充分的利用了器件的功能。且D触发器价格便宜、封装较小，既节省了电路板空间，降低了布线难度，又节约了成本。
3、使用数字电位器可以在不更改任何电路的情况下根据需要更改激励信号幅值，从而增加小信号测量的分辨率。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种电磁式电导率传感器的激励电路，其特征在于，所述激励电路包括：依次连接的方波发生电路、分频电路、滤波电路和驱动电路，所述驱动电路连接电磁式电导率传感器的发送线圈；
所述方波发生电路，用于产生所需正弦波的四倍频方波，并输出至所述分频电路；
所述分频电路，用于对接收的四倍频方波进行分频，得到四路四分频方波，其中任意一路输出至所述滤波电路；
所述滤波电路，用于对接收的一路四分频方波进行过滤，得到所需的正弦波并输出至所述驱动电路；所述滤波电路具体用于滤除接收的一路四分频方波中的高次谐波分量，得到仅剩直流分量和基波分量的正弦波；
所述驱动电路，用于根据接收的正弦波激励所述发送线圈，包括：依次连接的数字电位器、驱动放大器和隔直电容，所述隔直电容连接所述发送线圈；
所述数字电位器，用于通过电阻分压的方式对接收的正弦波进行分压，通过单片机控制自身的分压比例，根据需要对接收的正弦波幅值进行调整；
所述驱动放大器，用于提高接收的正弦波的驱动能力；
所述隔直电容，用于滤除接收的正弦波中的直流分量，得到仅剩基波分量的正弦波激励所述发送线圈。
2.根据权利要求1所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，其特征在于，所述方波发生电路为单片机的定时器或PWM模块。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，其特征在于，所述分频电路由两个D触发器互联组成。
4.根据权利要求1-2任一项所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，其特征在于，所述四路四分频方波的相位分别为：0°、90°、180°和270°。
5.根据权利要求1-2任一项所述的一种电磁式电导率传感器的激励电路，其特征在于，所述滤波电路为低通滤波器。
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